KR100370544B1 - 저전압용 ｍｅｌｆ형 바리스터-캐패시터 복합기능소자제조방법 - Google Patents

저전압용 ｍｅｌｆ형 바리스터-캐패시터 복합기능소자제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100370544B1
KR100370544B1 KR10-2000-0059209A KR20000059209A KR100370544B1 KR 100370544 B1 KR100370544 B1 KR 100370544B1 KR 20000059209 A KR20000059209 A KR 20000059209A KR 100370544 B1 KR100370544 B1 KR 100370544B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
varistor
capacitor
hours
melf
specimen
Prior art date
Application number
KR10-2000-0059209A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20020028280A (ko
Inventor
김윤호
박재관
박재환
김성호
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR10-2000-0059209A priority Critical patent/KR100370544B1/ko
Publication of KR20020028280A publication Critical patent/KR20020028280A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100370544B1 publication Critical patent/KR100370544B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/105—Varistor cores
    • H01C7/108—Metal oxide
    • H01C7/115—Titanium dioxide- or titanate type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/065—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
    • H01C17/06506—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits
    • H01C17/06513—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component
    • H01C17/06553—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component composed of a combination of metals and oxides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)

Abstract

본 발명은 SrTiO3계 바리스터를 저전압용 MELF형으로 바리스터와 캐패시터 특성을 동시에 나타내는 복합기능소자로 제조하기 위한 것이다. 본 발명의 바리스터-캐패시터 복합기능소자는 Sr0.9Ca0.1TiO3를 기본 조성으로 하며, 반도체화물로써 Nb2O5를 0.4에서 0.6mol％ 첨가하고 소결첨가제로 MnO와 SiO2를 0.2mol％ 첨가한 유전체 조성물에 대해 1200℃의 환원소결과 800℃에서 1시간동안의 재산화공정을 통해 시편 표면에 얇은 산화막을 형성하여 관통형 형태로 제조된다. 따라서, 본 발명은 PCB보드에 별도의 리드선이나 팻키징 없이 장착가능하며 바리스터 및 캐패시터소자를 대체할 수 있어 비용절감 및 회로를 단순화할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

저전압용 ＭＥＬＦ형 바리스터-캐패시터 복합기능소자 제조방법{Fabrication method of MELF-type varistor-capacitor multifunctional device for low voltage}
본 발명은 바리스터(varistor) 전극설계에 관한 것으로서, 특히 SrTiO3바리스터를 MELF(Metal Electrode Face Bonding Device)형으로 제조하여 바리스터와 캐패시터 특성을 동시에 나타낼 수 있도록 한 저전압용 MELF형 바리스터-캐패시터 복합기능소자 제조방법에 관한 것이다.
최근의 전자산업의 발달양상은 전자기기류의 휴대화와 소형화 및 다기능화로 전개되고 있다. 이러한 경박단소화된 전자기기는 외부로부터 입력되는 과도한 전압이나 노이즈에 의한 부품파손이나 회로손상이 일어날 가능성이 크게 증가되었다. 일반적인 바리스터는 이와 같이 외부로부터 급격하게 인입되는 과전압이나 노이즈로부터 회로 및 기기를 보호하는 데 널리 이용되고 있다. 바리스터는 일정한 전압 이하에서는 절연체에 가까운 성질을 보이나 일정한 전압이상(항복전압, breakdown voltage)에서 저항이 "0"에 가까워져 도체처럼 작용하는 성질을 갖는다. 이러한 전류-전압특성은 "I=KVα"로 나타낼 수 있는데, K는 상수이고, α는 비선형계수(non-linearity coefficient)로서 상용 바리스터의 경우 50정도의 값을 나타낸다. 다양한 종류의 바리스터중에 가장 널리 이용되고 있는 산화아연(ZnO)계 바리스터는 전류-전압 비선형계수가 높고 써지(surge) 전류내량이 클 뿐만 아니라 수 V의 IC 회로 보호로부터 수천 kV까지의 UHF 송전선 보호에 이르기까지 널리 이용되고 있다. 그러나, 이러한 ZnO계 바리스터는 정전용량이 작기 때문에 응답속도가 느리고 노이즈 펄스 흡수성이 좋지 않다는 단점도 지니고 있다. 또한, 일반적인 DC전압이나 주파수가 낮은 AC하에서는 적용이 가능하지만 고주파영역에서 취약한 문제점도 앉고 있다. 이러한 취약점을 극복하기 위하여 큰 정전용량을 가진 바리스터로써, 10,000에서 200,000로 큰 유전률을 지닌 SrTiO3를 기본 재료로 이용하는 기술이 개발되어 왔다. 이러한 SrTiO3계 바리스터는 유전률이 크고 고주파에서의 특성이 안정되어 있다는 장점외에 항복전압이 기존의 ZnO 바리스터에 비하여 크게 낮기 때문에 최근 사용전압이 낮아져 가는 추세에 적용이 쉽다고 할 수 있겠다. 이러한 SrTiO3계 바리스터의 일반적인 제조방법은 입내(grain)의 전도성을 증가시키기 위하여 도펀트(dopant)를 첨가한 후 환원분위기하에서 소결한다. 소결이 끝난 시편의 입계(grain boundary)의 저항을 증가시키기 위하여 Na2O, Li2O, Bi2O3등의 산화물이나 혼합물을 도포한 후 열처리를 하여 바리스터 특성이 나타나도록 한다. 최근에는 이러한 기술을 응용하여 적층칩형 SrTiO3계 바리스터의 제조기술을 개발하는 연구도 활발하게 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 위와 같은 SrTiO3계 바리스터를 저전압용 MELF형으로 제조하여 제작비용이 저렴하면서 별도의 리드선이나 팻키징없이 PCB보드에 장착할 수 있고, 바리스터와 캐패시터 특성을 동시에 나타낼 수 있는 복합기능소자를 제조하는 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 저전압용 MELF형 바리스터-캐패시터 복합기능소자를 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 저전압용 MELF형 바리스터-캐패시터 복합기능소자 제조방법을 설명하기 위한 공정도,
도 3은 본 발명에 따른 SrTiO3바리스터의 전류(I)-전압(V) 특성을 보여주는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 SrTiO3바리스터의 주파수에 따른 유전 특성을 보여주는 그래프.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저전압용 MELF형 바리스터-캐패시터 복합기능소자 제조방법은, 캐패시터와 바리스터 특성을 동시에 나타내는 복합기능소자를 제조하기 위한 방법에 있어서, SrTiO3를 기본 성분으로 원료 분말을 조성하는 제 1공정과, 기본 조성된 원료 분말에 반도체화물을 첨가하여 밀링하는 제 2공정과, 밀링이 끝난 원료를 건조하여 합성하는 제 3공정과, 합성 원료에 바리스터 특성 향상제와 소결 첨가제를 첨가하여 재밀링하는 제 4공정과, 재밀링이 끝난 분말에 유기용액을 혼합하여 슬러리상태로 만든 후 일정규격의 다이스를 통과시켜 일정 형태의 소자를 제조한 후 소결하는 제 5공정과, 소결이 끝난 시편을 재산화하는 제 6공정, 및 재산화공정이 끝난 시편 표면에 은전극을 형성한 후 열처리하여 전극을 형성하는 제 7공정을 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 저전압용 MELF형 바리스터-캐패시터 복합기능소자이며, 도 2는 도 1에 보여진 저전압용 MELF형 바리스터-캐패시터 복합기능소자 제조방법의 공정도로서, 원료분말을 기본 조성하는 제 1공정, 밀링(milling)하는 제 2공정, 하소(calcination)하는 제 3공정, 바리스터 특성 향상제와 소결 첨가제를 첨가하여 재밀링(re-milling)하는 제 4공정, 소결(sintering)하는 제 5공정, 공기중에 재산화(re-oxidation)하는 제 6공정 및 전극을 형성하는 제 7공정으로 구분된다.
본 발명은 도 1에 보여진 형태의 전극을 형성하여 저전압용 MELF형 바리스터-캐패시터 복합기능소자를 제조한다. 이 전극은 SrTiO3를 기본성분으로 하여 제조된다. 제 1공정인 기본조성공정은 SrCO3, CaCO3및 TiO2의 원료분말을 이용하여 Sr0.9Ca0.1TiO3성분을 기본 조성한다. 이때, 입내의 전도성을 증가시키기 위해 반도체화물인 Nb2O50.4에서 0.6mol％를 첨가한다. 기본조성의 칭량은 10-3g의 오차범위에서 수행한다. 제 2공정인 밀링공정은 제 1공정에 의해 조성된 성분의 원료들을 혼합하여 24시간동안 습식으로 볼밀(ball mill)한다. 제 3공정인 하소공정은 가열처리의 일종으로 제 2공정에 의해 밀링이 끝난 원료를 충분히 건조한 후 1100℃에서 2시간동안 유지한다. 제 4공정인 재밀링공정은 하소공정을 거친 원료에 바리스터 특성 향상제와 소결 첨가제로써 MnO와 SiO2를 각각 0.2mol％씩 첨가한 후 다시 24시간동안 습식으로 볼밀한다. 밀링이 끝난 분말은 충분히 건조한 후 바인더(binder)로써 유기물용액(organic vehicle)을 혼합하여 슬러리(slurry)상태로 만든다. 그런 다음, 일정규격의 다이스(dice)를 통과시켜 도 1에 보여진 바와 같이 관통형 형태로 제품을 제조한다. 다이스를 통과하여 형태가 유지된 제품은 상온중에서 충분히 건조한 후 700℃까지 천천히 승온하며, 제품내에 남아있는 유기바인더를 충분히 제거한다. 제 5공정인 소결공정은 N2와 H2의 비율이 90:10인 강한 환원 분위기하에서 4시간동안 수행한다. 소결은 경질탄화물의 분말을 소량의 연성금속 분말과 섞어 이를 압축 성형한 후 높은 온도로 가열하여 굳히는 방법이다. 소결이 끝난 시편은 연속공정으로 제 6공정인 재산화공정을 수행한다. 재산화공정은 800℃ 온도의 공기중에서 이루어진다. 이러한 재산화공정은 환원되어 전도성이 증가된 시편의 표면에 고저항의 재산화막을 형성하는 것을 가능하게 한다. 재산화공정까지 끝난 시편은 제 7공정으로 넘어가 표면에 은전극을 형성한 후 600℃에서 10분간 열처리하여 외부전극을 제조한다. 이때, 기존에 형성되어 있는 재산화막을 상하지 않게 하는 것이 매우 중요하다. 각각의 시편의 규격 및 전기적 특성은 다음의 표 1 및 표 2에 정의된 바와 같다.
No. W(㎜) T(㎜) L(㎜) D(㎜)
1 2 0.5 5 2
2 3 0.7 3 2.5
3 3.5 1 6 3
여기서, W는 외부전극의 폭(width), T는 간격, L은 소자 길이(length), D는 높이(depth)를 각각 나타낸다.
No. 정전용량(㎋) tanδ(％) V0.1㎃ V1㎃
1 12±1 ＜ 3 6 9
2 25±1 ＜ 3 7 10
3 27±1 ＜ 3 8 12
여기서, tanδ는 유전손실을 의미한다.
도 3은 본 실시예에 의한 SrTiO3바리스터의 전류(I)-전압(V) 관계를 보여주는 그래프이고, 도 4는 주파수에 따른 유전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3에 보여진 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 복합기능소자는 대략 6-8V 사이의 저전압에서 구동함을 알 수 있다.
상술한 바와 바와 같이, 본 발명의 저전압용 MELF형 바리스터-캐패시터 복합기능소자 제조방법은, 캐패시터와 바리스터 특성을 동시에 나타내는 복합기능소자를 제조하여 기존 바리스터 및 캐패시터소자를 대체할 수 있어 비용절감 및 회로 단순화에 기여하는 잇점을 갖는다. 또한, MELF형으로 제조되어 PCB보드에 별도의 리드선이나 팻키징없이 장착할 수 있으며, 6에서 8V의 저전압에서 구동하는 잇점을 갖는다.

Claims (12)

  1. 캐패시터와 바리스터 특성을 동시에 나타내는 복합기능소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    SrCO3, CaCO3, TiO2원료 분말을 이용하여 Sr0.9Ca0.1TiO3성분을 기본 조성하는 제 1공정;
    기본 조성된 원료 분말에 반도체화물을 첨가하여 밀링하는 제 2공정;
    밀링이 끝난 원료를 건조하여 합성하는 제 3공정;
    합성 원료에 바리스터 특성 향상제와 소결 첨가제를 첨가하여 재밀링하는 제 4공정;
    재밀링이 끝난 분말에 유기용액을 혼합하여 슬러리상태로 만든 후 일정규격의 다이스를 통과시켜 일정 형태의 소자를 제조한 후 소결하는 제 5공정;
    소결이 끝난 시편을 재산화하는 제 6공정; 및
    재산화공정이 끝난 시편 표면에 은전극을 형성한 후 열처리하여 전극을 형성하는 제 7공정을 포함하는 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 제 1공정의 상기 기본 조성의 칭량은 10-3g의 오차범위에서 수행됨을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2공정은 입내의 전도성을 증가시키기 위해, 반도체화물 Nb2O5를 0.4에서 0.6mol％ 첨가함을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 2공정은 24시간동안 습식으로 볼밀함을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 3공정은 1100℃에서 2시간동안 하소함을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 4공정은 바리스터 특성 향상제와 소결 첨가제로 MnO와 SiO2를 각각 0.2mol％씩 첨가한 후 다시 24시간동안 습식 볼밀함을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 제 5공정의 상기 소자는 관통형 형태임을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 5공정은 다이스를 통과하여 형태가 유지된 소자를상온중에서 건조한 후 700℃까지 천천히 승온하며 소자에 남아있는 유기 바인더를 제거함을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 소결은 N2와 H2의 비율이 90:10인 강한 환원 분위기에서 4시간동안 수행됨을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 재산화는 800℃ 온도의 공기중에서 이루어짐을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 제 7공정은 재산화가 끝난 시편의 표면에 은전극을 형성한 후 600℃에서 10분간 열처리하여 외부전극을 제조함을 특징으로 하는 제조방법.
KR10-2000-0059209A 2000-10-09 2000-10-09 저전압용 ｍｅｌｆ형 바리스터-캐패시터 복합기능소자제조방법 KR100370544B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0059209A KR100370544B1 (ko) 2000-10-09 2000-10-09 저전압용 ｍｅｌｆ형 바리스터-캐패시터 복합기능소자제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0059209A KR100370544B1 (ko) 2000-10-09 2000-10-09 저전압용 ｍｅｌｆ형 바리스터-캐패시터 복합기능소자제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020028280A KR20020028280A (ko) 2002-04-17
KR100370544B1 true KR100370544B1 (ko) 2003-01-29

Family

ID=19692494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0059209A KR100370544B1 (ko) 2000-10-09 2000-10-09 저전압용 ｍｅｌｆ형 바리스터-캐패시터 복합기능소자제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100370544B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5935402A (ja) * 1982-08-24 1984-02-27 太陽誘電株式会社 電圧依存非直線抵抗特性を有する半導体磁器物質
US4541974A (en) * 1980-07-30 1985-09-17 Taiyo Yuden Co., Ltd. Semiconductive ceramic compositions with a nonlinear volt-ampere characteristic, and process for preparing coherent bodies of such compositions
US4839097A (en) * 1983-06-28 1989-06-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Voltage-dependent non-linear resistance ceramic composition
JP2000243606A (ja) * 1999-02-17 2000-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層セラミックバリスタおよび製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4541974A (en) * 1980-07-30 1985-09-17 Taiyo Yuden Co., Ltd. Semiconductive ceramic compositions with a nonlinear volt-ampere characteristic, and process for preparing coherent bodies of such compositions
JPS5935402A (ja) * 1982-08-24 1984-02-27 太陽誘電株式会社 電圧依存非直線抵抗特性を有する半導体磁器物質
US4839097A (en) * 1983-06-28 1989-06-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Voltage-dependent non-linear resistance ceramic composition
JP2000243606A (ja) * 1999-02-17 2000-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層セラミックバリスタおよび製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
인용예1: 미국특허공보 제4.541.974호(1985.09.17) 사본 1부 *
인용예2: 미국특허공보 제4.839.097호(1989.01.13) 사본 1부 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020028280A (ko) 2002-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120075347A (ko) 유전체 자기 조성물 및 전자 부품
EP0261419B1 (en) Semiconductive ceramic composition
JP3471839B2 (ja) 誘電体磁器組成物
EP0256405B1 (en) Semiconductive ceramic composition
CN100494118C (zh) 一种温度超稳定型电子陶瓷材料及其制造方法
KR100370544B1 (ko) 저전압용 ｍｅｌｆ형 바리스터-캐패시터 복합기능소자제조방법
KR100295282B1 (ko) 저전압용디스크및칩형세라믹바리스터제조방법
KR100596521B1 (ko) 유전체 자기 조성물 및 세라믹 전자 부품
JP3030557B2 (ja) 誘電体磁器材料を用いた電子部品
KR20020028281A (ko) 저온소결 ＳｒＴｉＯ3계 바리스터-캐패시터 복합기능소자유전체 조성물
JPS623569B2 (ko)
KR101352607B1 (ko) 유전체 자기 조성물, 유전체 자기 조성물의 제조 방법 및 전자 부품
JPS606535B2 (ja) 磁器組成物
KR100245811B1 (ko) 세라믹 콘덴서의 유전체 조성물 및 그 제조방법
CN103098157A (zh) 层叠型半导体陶瓷电容器的制造方法、以及层叠型半导体陶瓷电容器
KR0145121B1 (ko) 고유전율계 세라믹 유전체 조성물
KR0145125B1 (ko) 고유전율계 세라믹 유전체 조성물
KR0145122B1 (ko) 고유전율계 세라믹 유전체 조성물
JP2936876B2 (ja) 半導体磁器組成物及びその製造方法
JPH038760A (ja) 電圧依存性非直線抵抗体磁器組成物およびバリスタの製造方法
KR100349303B1 (ko) 저전압 구동형 바리스터 제조방법
KR100319059B1 (ko) 저전압 바리스터-커패시터 복합소자 제조방법
JP2734888B2 (ja) 半導体磁器組成物の製造方法
JP2646734B2 (ja) セラミックコンデンサ及びその製造方法
JP2773479B2 (ja) 粒界絶縁型半導体磁器物質及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080102

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee